[发明专利]避免连续换相失败的直流输电故障恢复控制方法及系统

说明书

本发明涉及电力系统保护和控制技术领域，具体涉及避免连续换相失败的直流输电故障恢复控制方法及系统；方法包括受端交流电网发生短路故障时，启动低压限流控制，由低压限流控制确定直流电流控制指令值；当受端交流电网故障已清除时，且逆变站换流母线电压的变化率小于所设定的启动门槛值；根据满足无功交换期望的最大直流电流以及满足换相裕度的最大直流电流；在线计算出直流电流控制指令值，避免直流输电系统恢复过程中发生连续换相失败；当判断出逆变站换流母线电压的变化率小于所设定的退出门槛值，重新启动低压限流控制；本发明通过动态调节直流电流能改善交流电压恢复过程，能够抑制故障恢复阶段的连续换相失败，有利于直流功率的平稳恢复。

技术领域

本发明涉及电力系统保护和控制技术领域，具体涉及避免连续换相失败的直流输电故障恢复控制方法及系统。

背景技术

高压直流输电由于输电距离不受交流系统同步稳定的限制、可降低交流系统短路电流水平、功率调节迅速灵活等优点，在大区电网互联、远距离大容量输电等领域得到了广泛的应用，为现代电力系统带来了巨大经济效益。交流电网发生故障后，直流输电系统极易发生换相失败。换相失败导致交流电网的故障特性、有功分布和无功平衡特性均产生较大变化，使得交流电网的受扰行为更加复杂。其中，交流电网故障特性的改变可能导致继电保护的不正确动作，有功功率的转移变化可能威胁交流电网的功角稳定性，无功功率的扰动则可能引发交流电网的过电压或电压稳定性问题。若换相失败未得到有效的抑制可能进一步引发连续换相失败甚至换流阀闭锁，直流输电通道中断，在严重的情况下可能导致交流电网失稳等一系列的恶性连锁反应过程，甚至导致电网崩溃。

直流输电系统的连续换相失败已引起了科研人员和电网运行人员的广泛关注，但是关注的焦点主要为电网故障期间直流换相失败的识别和抑制问题。事实上，直流输电系统的连续换相失败不仅会发生在交流电网故障期间，在故障清除后的电压恢复阶段直流输电系统也易出现直流连续换相失败。目前，直流输电系统主要利用低压限流控制来平稳增大直流电流以实现故障的恢复，然而低压限流控制采用了固定的参数，不能计及交直流系统之间的动态无功交互的影响，甚至可能恶化直流输电系统的恢复过程。

现有研究主要致力于低压限流控制的参数改进，包括通过非线性优化算法改进低压限流控制参数、低压限流控制参数的自适应设置、引入模糊控制理论设置可变的控制参数以及利用优化算法设置分段变速率的控制参数。但是，上述方法无法量化交直流系统的动态无功交互，控制效果难以保证。此外，部分研究从改善直流逆变站无功特性角度，设计了新的无功功率控制器来替代低压限流控制以期改善直流恢复过程，但是其直流电流控制指令值的计算假设关断角恒定，未能充分考虑电压跌落期间关断角的动态变化，而完全替代低压限流控制也无法满足故障期间直流电流限制的要求。

此外，已有研究表明换流站动态无功特性变化不是造成恢复过程换相失败的唯一因素，故障清除后换流母线电压的畸变亦是造成逆变站连续换相失败的重要原因，而现有方法均未考虑换流母线电压畸变对于直流恢复过程的影响。

发明内容

基于现有技术存在的问题，本发明公开了一种考虑直流输电系统无功特性和换相裕度的可有效避免连续换相失败的直流输电系统故障恢复控制方法，量化了直流逆变站与交流电网的无功交换，量化了逆变站换流电压谐波分量对于直流恢复过程的影响，从而计及了直流恢复过程中换相电压幅值和电压谐波对换相裕度的影响，通过故障恢复过程直流电流指令的在线计算与动态调节，降低直流输电系统动态无功特性对电压恢复的影响，抑制恢复过程中连续换相失败发生的风险。

具体的，本发明的避免连续换相失败的直流输电故障恢复控制方法，所述方法包括以下步骤：

S1、当判断出受端交流电网发生短路故障时，启动低压限流控制，由低压限流控制确定直流电流控制指令值，从而快速限制直流电流；